Как определить мощность электродвигателя

Мощность – фундаментальная характеристика любого электродвигателя, разумеется, если известно его рабочее напряжение. Не зная этого параметра, нет возможности определиться ни с сечением силового кабеля, ни маркой автоматического выключателя или теплового реле. Об эффективной эксплуатации также речь вестись не может. Что же делать, когда двигатель на замену сгоревшему есть, а его мощность неизвестна (моторы советского производства продолжают работать даже с донельзя изъеденными ржавчиной шильдами)?

Использование габаритов

Понадобится провести несколько замеров. Отличительной чертой старых моделей электромоторов в особенности советского образца, является высокая степень их стандартизации. В интернете существует масса справочных материалов, где по габаритам изделия можно с легкостью определить его мощность, не прибегая к расчетам. Достаточно лишь измерить диаметр вала, его длину, габариты корпуса и крепежные размеры по лапам. Используя электротехническую литературу, доступную даже в сети, остается найти таблицы, описывающие соответствие мощности от одного или нескольких измеренных показателей.

Расчет по счетчику

По сути, необходимо измерить потребленную электромотором энергию, а значит счетчик учета, как довольно точный измерительный инструмент, подойдет для измерения мощности. Отключив все электроприборы, запитанные через него, следует запустить двигатель, предварительно сняв показания с прибора учета. Нет, не на час, только на 6 минут, хотя для точности эксперимента можно и на 60. Остается вычесть из полученное значение из зафиксированного ранее и, если имел место кратковременное измерение, умножить эту разницу на 10. Получаем мощность двигателя в кВт.

Измерение потребляемого тока

В принципе, это аналог предыдущего метода, требующий применения электроизмерительных приборов (токоизмерительные клещи и авометр). После «прогрева» — работы в течение нескольких минут в режиме номинальной нагрузки – клещи с пределом 200 А присоединяются к одной из фаз, фиксируя силу тока Iо. Одновременно авометром (тестером) снимается напряжение на обмотке U. Получив исходные данные, мощность S определяем по формуле S = 1,73*Io*U.

Вместо заключения

Существует еще масса методов определения мощности электродвигателя в случае отсутствия документации и, вовсе, каких-либо сведений о нем. Полученные значения могут вводить в заблуждение, ведь моторов с такими показателями не производят. Такая ситуация возникает из-за погрешности, существующей в любом эксперименте. Обратившись к справочной литературе, можно найти промышленный электродвигатель с близкой к рассчитанной величине потребляемой мощностью. Вероятно, это он и есть.
Предупреждение. Нет смысла замерять авометром сопротивление обмоток и подставлять напряжение (220/380), пытаясь вычислить ток. Такой подход, в принципе, неуместен ввиду невозможности учета значительного реактивного сопротивления мотора.

Как посчитать мощность двигателя

Чтобы найти мощность двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля, установите его на специальном стенде, который выдаст его максимальную мощность. Если такой возможности нет, можно посчитать мощность двигателя, измерив его динамику разгона до 100 км/ч, предварительно узнав его массу в техническом паспорте. Определение мощности электродвигателя производите по его габаритам или измеряйте напряжение и силу тока на его обмотках, после чего произведите расчет.

Подсчет мощности ДВС автомобиляКак правило, максимальная мощность двигателя автомобиля указывается в технической документации, но со временем, при выработке ресурса мотора, его мощность уменьшается. Чтобы найти ее, загоните автомобиль на специальный стенд, где специалисты измеряют мощность двигателя в данный момент.

Если такой возможности нет, узнайте из техпаспорта массу автомобиля, вычислите массу залитого в него топлива и водителя, после чего максимально быстро разгоните автомобиль до 100 км/ч, зафиксировав время разгона в секундах.

Для подсчета мощности общую массу автомобиля, водителя и топлива, умножьте на 27,78 (это скорость 100 км/ч, переведенная в метры в секунду) в квадрате и поделите на удвоенное значение времени разгона P=27,78²*m/(2*t). Получите значение мощности в ваттах. Чтобы перевести ее в киловатты, умножьте на 1000. Чтобы перевести значение в лошадиные силы, мощность в киловаттах поделите на 0,735.

Подсчет мощности электродвигателяПодключите электродвигатель к источнику электрического тока с известным напряжением. Измерьте тестером силу тока на каждой из его обмоток. Измерение проводите в амперах. Найдите сумму токов на всех обмотках. Полученное значение умножите на напряжение источника тока: P=UI. Это и будет потребляемая мощность электродвигателя.

Чтобы определить мощность двигателя по его габаритам, измерьте диаметр сердечника статора и его длину. Измерение произведите в сантиметрах — рулеткой и штангенциркулем. Определите синхронную частоту вращения вала и сети, куда подключается двигатель.

Определите постоянную полюсного деления. Умножьте диаметр на синхронную частоту и число 3,14 и поделите результат на произведение частоты сети и числа 120 (3,14*D*n/(120*f)). По полюсному делению и количеству полюсов определите постоянную С для данного двигателя, используя таблицу. (-6). Расчет будет производен в киловаттах.

термодинамика — Как рассчитать мощность, производимую одноцилиндровым бензиновым (автомобильным) двигателем при определенных оборотах?

Во-первых, всегда помните об этом: Мощность является произведением крутящего момента на число оборотов в минуту . Это означает, что для измерения выходной мощности на валу любого двигателя необходимо измерить создаваемый им крутящий момент и умножить его на число оборотов в минуту, при которых он работает. Тестовая установка, обычно используемая для этого, называется динамометром. Динамометр прикладывает силу трения тормозным узлом к ​​колесу, соединенному с выходным валом двигателя. Датчик усилия измеряет, насколько сильно вращающееся колесо тянет тормозной узел. Эта сила умножается на перпендикулярное расстояние между центром выходного вала и точкой приложения тормозной силы, что равно выходному крутящему моменту. Датчик оборотов, подключенный к колесу, показывает скорость вращения. Теперь, когда известны как крутящий момент, так и число оборотов в минуту, рассчитывается выходная мощность.

Измерения выполняются при всех оборотах в минуту в рабочем диапазоне двигателя, когда двигатель работает на полном газу при каждой настройке. Затем эти результаты отображаются в виде кривой на диаграмме с числом оборотов в минуту по оси X и мощностью по оси Y.

Бензиновые двигатели производят мощность, пропорциональную массовому расходу топлива и воздуха через двигатель; химическая энергия этой смеси преобразуется в тепловую энергию при сгорании, а затем в кинетическую энергию за счет того, что горячая смесь давит на поршни в двигателе, которые заставляют вращаться выходной вал. Этот процесс называется термодинамическим циклом, а цикл, используемый в бензиновых двигателях, называется циклом Отто.

Детали цикла Отто определяют максимальное количество полезной работы, которую двигатель, работающий в этом цикле, способен извлечь из подачи топлива/воздуха. Наилучшая достижимая эффективность цикла Отто в современной практике обычно составляет около 34%; остальная энергия, высвобождаемая в процессе горения, безвозвратно теряется в виде отработанного тепла. Это верно почти независимо от размера двигателя и деталей его внутренней работы.

Диаметр, ход поршня и количество поршней в двигателе определяют, сколько смеси топлива и воздуха он поглощает и сжигает за один оборот коленчатого вала, что означает больший ход поршня, больший поршень или большее их количество, что означает большую вырабатываемую мощность. на один оборот коленчатого вала. Поскольку ход поршня х диаметр х количество поршней равно объему, мощность двигателя обычно оценивают, зная рабочий объем двигателя в литрах.

Так почему же два двигателя одинакового рабочего объема производят разную мощность? Ответ заключается в том, что мощность = крутящий момент x число оборотов в минуту, и самый простой способ извлечь больше мощности из заданного объема двигателя — это заставить двигатель вращаться быстрее. Это, в свою очередь, требует, чтобы разработчик двигателя предусмотрел какой-то способ заставить клапаны, которые подают топливно-воздушную смесь в цилиндры и выхлопные газы из цилиндров, открываться и закрываться быстрее, чтобы не отставать от скорости вращения коленчатого вала.

Более легкий двигатель означает более легкий автомобиль, а значит, меньше энергии тратится на перевозку его массы и, следовательно, большая топливная экономичность в пересчете на километры на литр топлива. Вы получаете легкий двигатель, минимизируя его размер, что означает минимизацию его рабочего объема и максимизацию допустимой скорости вращения. Таким образом, общая тенденция проектирования, поскольку стоимость топлива со временем увеличивается, направлена ​​​​на двигатели меньшего рабочего объема, которые вращаются быстрее.

Чтобы проиллюстрировать эти моменты, я закончу здесь небольшим отрывком из истории конструкции двигателя. В 19В 40-х годах в большинстве двигателей цикла Отто для легковых автомобилей использовалась конструкция двигателя, называемая плоской головкой , которая имела простую и дешевую систему привода клапана, но верхний предел скорости составлял около 3800 об/мин. Двигатель такой конструкции мог выдавать максимум около 150 л.с. из 5 литров при работе на 2500 об/мин.

В 1950-х годах автомобильная промышленность перешла с плоских головок на верхних клапанов , которые могли выдерживать работу при 5000 об/мин. это позволило двигателю того же рабочего объема развивать пиковую мощность почти 300 л.с. из 5 литров при 5000 об / мин.

Начиная с 1990-х годов, двигатели с верхним расположением клапанов постепенно заменялись двигателями с верхним расположением распредвала, которые приводили в действие клапаны быстрее и, таким образом, позволяли двигателю разгоняться до 6000 об/мин, производя пропорционально большую пиковую мощность.

Сегодня во многих дорожных двигателях используются системы с двумя верхними распредвалами, которые могут выжимать из этого двигателя почти 7000 об/мин.

Меньшие поршни обеспечивают более быструю работу двигателя, поэтому параллельная тенденция заключалась в двигателях меньшего рабочего объема, которые в сочетании с двойными верхними распределительными клапанами могут развивать мощность почти 70 л.с. при рабочем объеме 1 литр при 9000 об/мин, как на моем мотоцикле Suzuki GS1000GL.

Автомобиль — Требуемая мощность и крутящий момент

Мощность двигателя

Мощность двигателя, необходимая для поддержания постоянной скорости автомобиля, может быть рассчитана как

P = мощность двигателя (Вт)

F _T = суммарные силы, действующие на автомобиль — сила сопротивления качению, градиентная сила сопротивления и аэродинамическое сопротивление (Н)

v = скорость автомобиля (м/с)

η = общий КПД трансмиссии, обычно в пределах 0,85 (пониженная передача) — 0,9 (прямой привод)

Для автомобиля, ускоряющего ускорение сила должна быть добавлена ​​к полной силе.

Пример — Автомобиль и требуемая мощность двигателя

Требуемая мощность двигателя для движения автомобиля по ровной поверхности с постоянной скоростью 90 км/ч с силой аэродинамического сопротивления 250 Н и сила сопротивления качению 400 Н и общий КПД 0,85 — можно рассчитать как

P = ((250 Н) + (400 Н)) (90 км/ч) (1000 м/км) (1 / 3600 ч / с) / 0,85

= 19118 W

= 19 кВт

Момент двигателя или момент

Моторный крутящий момент по сравнению с мощностью и обороты могут быть рассчитаны

T = P / (2. π n _об/с )

   = 0,159 P / n _rps

   = P / ( 2 π (n _rpm / 60))

   = 9.55 P / n _rpm                    (2)

где

T = крутящий момент или момент (Нм)

n _об/с = частота вращения двигателя (об/с, об/с)

Пример — Автомобиль и требуемый момент двигателя

Момент, развиваемый двигателем в автомобиле выше при работе двигателя на скорости 1500 об/мин можно рассчитать как

T = 9,55 (19118 Вт) / (1500 об/мин)

5    = 122 Н·м 9000

Wheel Force

Суммарная сила (1) , действующая на автомобиль, равна силе тяги между ведущими колесами и поверхностью дороги:

F _w = F _T

2

2 где

2

F _w = сила, действующая между ведущими колесами и поверхностью дороги (Н)

Сила тяги может быть выражена через крутящий момент и скорость двигателя, а также размеры и скорости колес:

F _w = F _T

= (T η / r) (N _RPS / N _{W_RPS} )

= ( T η / r) (N _{404041 / N 414141414041414141414140414141414140414041404140414141414041414041404140414041404140414040414141414 гг.}